高鐵路基新病害封閉層混凝土拱鼓原因分析和整治

劉 太 舉

(中鐵三局集團(tuán)有限公司，山西 太原 030001)

?

高鐵路基新病害封閉層混凝土拱鼓原因分析和整治

劉 太 舉

(中鐵三局集團(tuán)有限公司，山西 太原 030001)

以京廣鐵路石武客專工程為例，從溫度與填料兩方面，分析了高鐵路基封閉層混凝土拱鼓開(kāi)裂現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，并探討了具體的整治措施與預(yù)防策略，旨在避免高鐵病害的發(fā)生。

高鐵，路基，封閉層，混凝土，填料

2012年12月25日，京廣鐵路石武客專正式開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，截至2014年6月16日，高鐵運(yùn)營(yíng)正常，沒(méi)有出現(xiàn)限速、停運(yùn)等非正常事件，但是高鐵路基出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，即路基線間封閉層在夏季出現(xiàn)拱鼓、開(kāi)裂等現(xiàn)象，個(gè)別拱鼓高達(dá)14 cm(見(jiàn)圖1)，不抓緊處理將影響列車運(yùn)行安全。經(jīng)調(diào)查，石武高鐵河南段一標(biāo)段管段6.6 km路基總共出現(xiàn)此類問(wèn)題11處，其中安陽(yáng)站4處，鶴壁區(qū)間4處，鶴壁站3處，已經(jīng)成為高鐵路基的頻發(fā)問(wèn)題，成為新的路基病害之一。

1 原因分析

對(duì)封閉層拱鼓開(kāi)裂現(xiàn)象進(jìn)行原因分析，主要包括溫度和填料兩個(gè)方面。

1.1 溫度原因

進(jìn)入夏季，溫度變化增大，晝夜溫差在15 ℃～19 ℃之間，每天的高低溫度變化，致使溫度應(yīng)力加大是造成路基病害的一大原因。通過(guò)圖紙核對(duì)設(shè)計(jì)中已經(jīng)考慮此問(wèn)題，而現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)此項(xiàng)問(wèn)題多為混凝土質(zhì)量問(wèn)題造成，因此查找溫度應(yīng)力變化引起的破壞主要從混凝土的施工質(zhì)量方面著手，而影響混凝土質(zhì)量的因素主要有混凝土的強(qiáng)度、混凝土的厚度、混凝土的伸縮縫設(shè)置，故從這三個(gè)方面調(diào)查研究。

1)強(qiáng)度復(fù)查。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)拱鼓的混凝土通過(guò)對(duì)碎裂的混凝土塊進(jìn)行強(qiáng)度檢驗(yàn)，滿足設(shè)計(jì)要求，強(qiáng)度沒(méi)有問(wèn)題。

2)混凝土的厚度復(fù)查。在對(duì)發(fā)生問(wèn)題的封閉層調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，所有發(fā)生問(wèn)題的路基封閉層均出現(xiàn)厚度不均，混凝土厚度小于設(shè)計(jì)的現(xiàn)象，特別是拱鼓較大地段，封閉層厚度嚴(yán)重不均，最小厚度只有10 cm，最大21 cm(設(shè)計(jì)為15 cm)。造成此問(wèn)題的主要原因是施工原因，圖省事省料，不規(guī)范施工，混凝土澆筑前，沒(méi)有按照設(shè)計(jì)對(duì)位置、厚度進(jìn)行認(rèn)真復(fù)核，把封閉層施工當(dāng)成是附屬工程，不重視，沒(méi)有對(duì)混凝土之下的級(jí)配碎石填層頂標(biāo)高認(rèn)真復(fù)核整平，填筑的級(jí)配碎石層不平整是造成混凝土封閉層厚度不均的主要原因。當(dāng)混凝土應(yīng)力發(fā)生變化時(shí)，厚度不均的混凝土對(duì)應(yīng)力傳播影響很大，會(huì)造成應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定程度后首先會(huì)從混凝土厚度較薄地段爆發(fā)、釋放，造成混凝土的開(kāi)裂、拱鼓等破壞現(xiàn)象。

3)混凝土的伸縮縫復(fù)查。對(duì)發(fā)生問(wèn)題的封閉層調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，所有發(fā)生問(wèn)題的路基封閉層均出現(xiàn)伸縮縫設(shè)置距離太長(zhǎng)現(xiàn)象，設(shè)計(jì)是3.28 m，實(shí)際出現(xiàn)40多米一道真伸縮縫，其間的縫都是假縫。造成此問(wèn)題的主要原因是施工問(wèn)題，為圖省事省料，伸縮縫沒(méi)有按照設(shè)計(jì)長(zhǎng)度設(shè)置。伸縮縫設(shè)置過(guò)長(zhǎng)使單塊板混凝土的長(zhǎng)度增加了，從而致使溫度應(yīng)力增大，混凝土受力膨脹伸長(zhǎng)，兩側(cè)是道床，阻力大，伸長(zhǎng)方向只能沿線路傳遞，當(dāng)溫度應(yīng)力和混凝土膨脹伸長(zhǎng)沿著線路方向傳遞時(shí)，過(guò)程中遇到混凝土的不均勻處時(shí)，應(yīng)力會(huì)在混凝土的薄層處爆發(fā)、釋放，造成混凝土的開(kāi)裂、拱鼓等破壞現(xiàn)象，見(jiàn)圖2。

1.2 填料原因

通過(guò)調(diào)查，設(shè)計(jì)路基線間封閉主要是由35 cm級(jí)配碎石填筑層和15 cm厚的混凝土封閉層組成，底部是基床表層，兩側(cè)是無(wú)砟軌道道床，級(jí)配碎石填筑是在無(wú)砟軌道完成后進(jìn)行的，級(jí)配碎石的填筑過(guò)程不規(guī)范是造成此病害的又一原因。

1)填料不標(biāo)準(zhǔn)，所用級(jí)配碎石不是按照級(jí)配數(shù)據(jù)拌制的，大多施工單位在施工尾期施工，自己的級(jí)配拌合站都已拆除，因?yàn)閿?shù)量不大，重視程度不夠，基本沒(méi)有選用地方級(jí)配碎石站供應(yīng)材料的，大多采用路基表層剩料或是摻雜路基AB填料填筑，因此填料中含有大量的粘性土顆粒。粘土顆粒遇水膨脹，產(chǎn)生膨脹力，特別是遇溫度劇增雨水天氣，溫度應(yīng)力和膨脹力相加，對(duì)封閉層造成的危害加大。

2)由于封閉位置在兩線間，填筑厚度35 cm，大型碾壓設(shè)備進(jìn)不去，由于不承載荷載，不管是施工單位還是監(jiān)理單位不是很重視，壓實(shí)度達(dá)不到要求，路基壓實(shí)不均勻，在夏季溫度和雨水雙重作用下產(chǎn)生的膨脹力也不均勻。

3)設(shè)計(jì)上由于此封閉層并不能封閉雨水進(jìn)入，因此填料的質(zhì)量會(huì)影響進(jìn)入路基封閉層的雨水多少。夏季雨水多，在溫度應(yīng)力和水氣的蒸發(fā)力作用下，就會(huì)加大混凝土起拱現(xiàn)象的出現(xiàn)幾率。

2 問(wèn)題整治

目前對(duì)已經(jīng)發(fā)生的開(kāi)裂拱鼓，主要是采取鑿除重做混凝土封閉層的方法施工(見(jiàn)圖3)，利用晚間天窗點(diǎn)，安排勞力鑿除混凝土斷裂塊或是拱鼓塊，將混凝土碎塊運(yùn)出路基柵欄之外，在一個(gè)要點(diǎn)時(shí)間內(nèi)，不能完全完成混凝土的鑿除、清理并重新施工新混凝土封閉層，但為防止級(jí)配碎石填充層被高速列車通過(guò)時(shí)卷起小碎石，必須在鑿?fù)昵謇硗昊炷翂K的同一要點(diǎn)時(shí)間內(nèi)，采用砂漿薄層臨時(shí)封閉級(jí)配碎石，在第二個(gè)要點(diǎn)時(shí)間內(nèi)，在砂漿層上直接完成新混凝土的施工，并涂刷混凝土養(yǎng)護(hù)液養(yǎng)生達(dá)標(biāo)；在施工新混凝土封閉層時(shí)，一定要控制好伸縮縫的分離和寬度，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查附近200 m范圍，看看封閉層是否有起拱開(kāi)裂現(xiàn)象，若有，適當(dāng)加大伸縮縫的寬度，若沒(méi)有，采取設(shè)計(jì)值。

對(duì)于防止拱鼓開(kāi)裂問(wèn)題，通過(guò)與工務(wù)部門(mén)研究協(xié)商，我們采取全部檢查混凝土的沉降縫，對(duì)沒(méi)有按照設(shè)計(jì)長(zhǎng)度留縫，或者是留縫寬度不夠的，利用天窗點(diǎn)要點(diǎn)進(jìn)行切割加寬處理。并做好伸縮縫的填充，使其真正起到作用，以確保在以后的溫度應(yīng)力和填料膨脹力以及水的蒸發(fā)力的作用下不再發(fā)生裂紋拱鼓等路基問(wèn)題。

3 問(wèn)題預(yù)防

路基封閉層拱鼓問(wèn)題如何在高鐵施工中有效避免，我認(rèn)為主要采取以下措施：1)要高度重視，在原因分析中已經(jīng)明確，由于不重視，從選料、填筑過(guò)程、混凝土施工過(guò)程及伸縮縫設(shè)置等方面都把關(guān)不嚴(yán)格，是造成病害的一大原因，因此不管是施工單位還是監(jiān)理單位都要重視級(jí)配碎石的施工和混凝土的施工，不能忽視此項(xiàng)工程的施工質(zhì)量。2)保證級(jí)配碎石的本身質(zhì)量和填筑質(zhì)量，施工單位要認(rèn)真選用填料，最好在級(jí)配碎石施工時(shí)就充分考慮此處的數(shù)量，等無(wú)砟軌道完成后，用來(lái)填筑封閉層，在填料上一定不能選用粘土大顆粒填筑；要重視壓實(shí)質(zhì)量，驗(yàn)標(biāo)中沒(méi)有給出壓實(shí)指標(biāo)，但設(shè)計(jì)上一般會(huì)給壓實(shí)指標(biāo)，施工和監(jiān)理單位一定要按照設(shè)計(jì)要求碾壓檢測(cè)，為保證壓實(shí)質(zhì)量要選用小型公路壓路機(jī)碾壓。3)級(jí)配碎石壓實(shí)檢測(cè)合格后要及時(shí)進(jìn)行封閉層混凝土施工，避免雨水浸泡級(jí)配碎石的情況下進(jìn)行封閉混凝土施工，這樣能夠減少封閉層混凝土下的級(jí)配碎石中的水分，減少水的蒸發(fā)力和膨脹力。4)要做好伸縮縫，從伸縮縫位置、寬度以及填充材料、填充質(zhì)量都要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求施工，混凝土分節(jié)長(zhǎng)度只能小于設(shè)計(jì)不能大于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，即伸縮縫數(shù)量要大于設(shè)計(jì)數(shù)量而不能小于設(shè)計(jì)數(shù)量。通過(guò)這些措施能夠有效避免封閉層開(kāi)裂拱鼓問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

高鐵事業(yè)正在蓬勃發(fā)展中，高鐵路基不可避免的在各條高鐵中被廣泛應(yīng)用，新的病害的出現(xiàn)告訴我們?cè)谑┕ぶ羞€存在一些不規(guī)范現(xiàn)象。通過(guò)本文的敘述，希望在以后的路基施工中能夠加以注意，避免此類問(wèn)題的發(fā)生，并對(duì)已經(jīng)發(fā)生的病害要及時(shí)檢查整治，避免大的危害出現(xiàn)。

[1] 高速鐵路施工新技術(shù)應(yīng)用與質(zhì)量控制及施工安全管理實(shí)用手冊(cè)[Z].

[2] TB 10751—2010，高速鐵路路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S].

Concrete arch drum causes analysis and treatment of new disease confining bed of express railway subgrade

Liu Taiju

(ChinaRailway3rdBureauGroupCo.,Ltd,Taiyuan030001,China)

Taking Shi-Wu passenger special railway line of Jing-Guang railway as an example, starting from two aspects of temperature and padding, the paper analyzes concrete arch drum causes of express railway confining bed, and explores specific processing measures and preventive strategies, with a view to avoid express railway diseases.

express railway, subgrade, confining bed, concrete, padding

2016-11-26

劉太舉(1975- )，男，工程師

1009-6825(2017)04-0166-03

U416.1

A